Dinamika Fluida

Dinamika Fluida

Desember 28,2023


Pengertian Fluida Dinamis

Fluida dinamis adalah fluida yang bergerak atau mengalir. Aliran fluida ini akan membentuk garis-garis arus. Contoh jenis fluida adalah zat cair dan gas. Lalu, bagaimana dengan zat padat? Zat padat tidak termasuk fluida karena tidak bisa mengalir seperti zat cair dan gas. Saat mendapatkan tekanan, zat padat juga tidak mudah terdeformasi.

Ciri-Ciri Fluida Dinamis

Secara umum, fluida dibagi menjadi dua jenis, yaitu fluida statis dan dinamis. Suatu fluida dikatakan dinamis jika memiliki ciri-ciri seperti berikut.

  1. Tidak kompresibel, artinya densitas fluida dianggap selalu tetap saat mengalami perubahan tekanan.
  2. Gerakan fluida dianggap bebas gesekan, artinya tidak memiliki kekentalan.
  3. Jenis aliran fluida stasioner, artinya besar dan arah kecepatan partikel fluida selalu tetap di suatu titik tertentu.
  4. Bersifat tunak atau tidak dipengaruhi oleh waktu, sehingga kecepatannya di titik tertentu selalu tetap dengan membentuk aliran laminer (alirannya selalu sejajar pipa).

    Rumus Fluida Dinamis

    Aliran fluida dinamis di dalam suatu pipa bisa dijabarkan secara terperinci ke dalam tiga pembahasan, yaitu debit fluida, asas kontinuitas, dan Hukum Bernoulli. Apa perbedaan antara ketiganya?

    Debit Fluida

    Debit fluida adalah besarnya volume fluida yang keluar melalui suatu pipa tiap satuan waktu. Debit juga bisa dikatakan sebagai laju aliran fluida. Semakin besar volume yang keluar setiap detik, semakin besar debit fluidanya. Itu artinya, debit hanya dimiliki oleh fluida yang bergerak. Secara matematis, bisa dirumuskan sebagai berikut.

    Q= V/ t

    Keterangan Rumus

    Q = debit fluida (m3/s)

    V = volume (m3)

    t = waktu (s)

    Perhatikan contoh berikut

    Ani sedang menguras bak mandinya. Setelah selesai, ia mengisi bak mandi hingga penuh. Lamanya pengisian itu adalah 5 menit. Jika volume bak mandi Ani 250 liter, berapakah debit air yang keluar?

    Diketahui :

    V = 250 liter = 0,25 m3

    t = 5 menit = 300 s

    Ditanya: Q =…?

    Jawaban

    Debit air yang keluar bisa dicari dengan rumus berikut.

    Q= v/t =0,25/300 = 8,33x10^-4 m^3 /S

    Jadi, debit air yang keluar adalah 8,33 × 10-4 m3/s.

    Asas Kontinuitas

    Asas kontinuitas adalah asas yang mengatur laju aliran fluida di dalam pipa. Menurut asas ini, fluida yang tunak dan tidak termampatkan memiliki debit yang selalu tetap di setiap titik di sepanjang pipa. Itu artinya, laju aliran fluida akan berbanding terbalik dengan luas penampang pipanya.

    Semakin besar luas penampang pipa yang dilewati fluida, semakin kecil kelajuan fluidanya. Sebaliknya, semakin kecil luas penampang pipa, semakin besar kelajuan airnya. Secara matematis, asas kontinuitas dirumuskan sebagai berikut.

    Rumus Asas Kontinuitas v1 A1 = v1 A2

    Keterangan Rumus

    v1 = kelajuan fluida di penampang 1 (m/s)

    v2 = kelajuan fluida di penampang 2 (m/s)

    A1 = luas penampang 1 (m2)

    A2 = luas penampang 2 (m2)

    Hukum Bernoulli Kontinuitas

    Hukum Bernoulli adalah hukum yang mengatur laju fluida di dalam pipa, tapi kedua ujung pipanya memiliki perbedaan ketinggian. Contoh saat seorang pemadam kebakaran mengangkat selang hingga ketinggian tertentu untuk mencapai titik tujuannya. Perhatikan ilustrasi berikut.

    Bernoulli’s Law

    Dari gambar di atas, diperoleh bahwa fluida akan bergerak lebih cepat saat melalui penampang yang lebih kecil (A1). Secara matematis, rumus hukum Bernoulli bisa dinyatakan sebagai berikut.

    Rumus Hukum Bernoulli Kontinuitas

    Keterangan Rumus

    P = tekanan (N/m2)

    ρ = massa jenis fluida (kg/m3)

    h = ketinggian pipa (m)

    g = percepatan gravitasi (m/s2)

    v = kecepatan fluida (m/s)

    Penerapan Fluida Dinamis

    Konsep dasar Hukum Bernoulli bisa diterapkan pada beberapa peralatan, seperti tangki air, tabung pitot, pipa venturimeter, dan sayap pesawat terbang. Lalu, seperti apa penerapannya?

    Tangki air

    Tentu kamu pernah melihat tangki air yang dilengkapi dengan kran, kan? Semakin ke bawah posisi kran dari permukaan tangki, semakin jauh daya jangkau airnya.

    Tangki air berlubang

    Tahukah kamu jika pada tangki air semacam ini berlaku Hukum Bernoulli, lho. Kelajuan air di titik 2 jauh lebih besar daripada di titik 1. Hal itu karena luas penampang pipa di titik 2 jauh lebih kecil daripada di titik 1. Secara matematis, kelajuan air yang keluar di titik 2 bisa dinyatakan sebagai berikut.

    Rumus Fluida Dinamis pada Tangki air

    Keterangan Rumus

    v2 = kelajuan air di titik 2 (m/s)

    h = jarak ketinggian antara lubang kebocoran dan tinggi air di dalam tangki (m)

    g = percepatan gravitasi (m/s2)

    Tabung Pitot

    Tabung pitot adalah alat yang digunakan untuk mengukur kelajuan fluida gas. Di dalam tabung pitot, terdapat manometer tabung U yang berisi zat cair. Mekanisme kerja manometer ini berdasarkan selisih ketinggian zat cair pada tabung U.

    Tabung Pitot

    Untuk mencari kelajuan fluida di dalam tabung tersebut, Quipperian bisa menggunakan rumus di bawah ini.

    Rumus Fluida Dinamis pada Tabung Pilot

    Keterangan Rumus

    v = kelajuan fluida (m/s)

    g = percepatan gravitasi (m/s2)

    h = selisih ketinggian cairan pada manometer (m)

    ρ = massa jenis gas (kg/m3)

    ρ’ = massa jenis zat cair di dalam manometer (kg/m3)

    Pipa Venturimeter

    Pipa venturimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur laju aliran fluida cair. Di dalam venturimeter, terdapat pipa yang diameternya menyempit. Secara umum, venturimeter dibagi menjadi dua, yaitu venturimeter tanpa manometer dan dengan manometer. Untuk venturimeter tanpa manometer, bisa kamu lihat pada gambar di bawah ini.

    Secara matematis, laju aliran fluida di v1 dan v2dirumuskan sebagai berikut.

    Keterangan Rumus

    v1 = kelajuan fluida di penampang 1 (m/s)

    v2 = kelajuan fluida di penampang 2 (m/s)

    A1 = luas penampang 1 (m2)

    A2 = luas penampang 2 (m2)

    h = selisih ketinggian fluida (m)

    Gaya Angkat Sayap Pesawat

    Sayap pesawat merupakan salah satu komponen penting yang bisa membantu pesawat untuk terbang secara seimbang.

    Modul Fisika SMA

    Saat pesawat sedang terbang, bagian sayap akan mengalami gaya angkat. Terjadinya gaya angkat ini disebabkan oleh perbedaan tekanan di bagian bawah dan atas sayap, sehingga kelajuan udara di bagian atas dan bawah juga berbeda. Secara matematis, rumus gaya angkat pesawat bisa dinyatakan sebagai berikut.

    Rumus Gaya Angkat Sayap Pesawat

    Keterangan Rumus

    v1 = kelajuan udara di atas sayap (m/s)

    v2 = kelajuan udara di bawah sayap (m/s)

    ρ = massa jenis udara (kg/m3)

    A = luas penampang sayap (m2)

    Seorang peneliti hendak menggunakan tabung pitot untuk mengukur laju gas oksigen. Menurut literatur yang diperoleh peneliti tersebut, massa jenis gas oksigen adalah 0,5 gr/cm3. Jika massa jenis zat cair yang digunakan pada manometer pitotnya 800 kg/m3 dan perbedaan ketinggian pada menometernya 120 cm, tentukan laju gas oksigen tersebut!

    Contoh soal:

    Diketahui :

    g = 10 m/s2

    h = 120 cm = 0,12 m

    ρ = 0,5 g/cm3 = 500 kg/m3

    ρ’ = 800 kg/m3

    Ditanya: v =…?

    Jawaban

    Laju gas oksigen di dalam tabung bisa kamu tentukan dengan rumus berikut

    jawaban soal no 2 fluida dinamis

    Jadi, kelajuan gas oksigen yang terukur adalah 2 m/s.


    Referensi :

    https://www.gramedia.com/literasi/fluida-dinamis/

Komentar


Komentar

Posting Komentar

Postingan populer dari blog ini

Gambar
  konsep kalor dan gas ideal Desember 28,2023 Pengertian Kalor Dalam kehidupan sehari-hari Grameds pasti sudah tidak asing dengan energi panas atau energi kalor, seperti memasak atau memanaskan sesuatu. Nah saat itulah terjadi perubahan suhu benda dimana kalor telah bekerja. Perpindahan kalor antara benda satu ke benda lainnya dapat berupa hantara (konduksi), penyinaran (radiasi), dan aliran (konveksi).   Kalor adalah salah satu bentuk energi yang bisa berpindah dari benda dengan suhu yang lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah jika keduanya dipertemukan atau bersentuhan. Dua benda yang memiliki suhu yang berbeda ketika dipertemukan maka akan muncul kalor yang mengalir atau berpindah. Misalnya saat Grameds mencampurkan air dingin dengan air panas, kemudian akan menghasilkan air hangat.  Perlu Grameds ketahui bahwa suhu dan kalor itu berbeda. Suhu adalah suatu nialai yang dapat terukur dengan termometr, sedangkan kalor adalah energi yang mengalir pada suhu benda tersebut ke ben
Baca selengkapnya

Hukum Newton dan Pesawat Sederhana

Gambar
  Hukum Newton dan Pesawat Sederhana Desember 28,2023 Hukum Newton Hukum Newton  adalah hukum yang menggambarkan hubungan antara gaya yang bekerja pada suatu benda dan gerak yang disebabkannya. Hukum gerak ini merupakan pondasi mekanika klasik yang dijabarkan dalam tiga Hukum  Fisika . Sesuai dengan namanya, Hukum Newton dikemukaan oleh seorang ahli fisika,  matematika , dan filsafat dari  Inggris  yang bernama Sir Isaac Newton (1643 – 1722). Ia menemukan hukum gravitasi, hukum  gerak , kalkulus, teleskop pantul, dan spektrum. Potret Sir Isaac Newton [Sumber: biography.com] Agar kamu memahami materi Hukum Gerak Newton dengan baik, kamu harus memahami terlebih dahulu:  Gerak Lurus Hukum Newton 1 Bunyi: “Jika resultan pada suatu benda sama dengan nol, maka benda yang diam akan tetap diam dan benda yang bergerak akan tetap bergerak dengan kecepatan tetap”. Berdasarkan hukum ini, kamu dapat memahami bahwa suatu benda cenderung mempertahankan keadaannya. Benda yang diam akan cenderung untuk
Baca selengkapnya